0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Анимация работа асинхронного двигателя

Принцип работы асинхронного двигателя

Здравствуйте, уважаемые посетители сайта http://zametkielectrika.ru.

Электрические машины переменного тока нашли широкое распространение, как в сфере промышленности (шаровые мельницы, дробилки, вентиляторы, компрессоры), так и в домашних условиях (сверлильный и наждачный станки, циркулярная пила).

Основная их часть является бесколлекторными машинами, которые в свою очередь разделяются на асинхронные и синхронные.

Асинхронные и синхронные электрические машины обладают одним замечательным свойством под названием обратимость, т.е. они могут работать как в двигательном режиме, так и в генераторном.

Но чтобы дальше перейти к более подробному их рассмотрению и изучению, необходимо знать принцип их работы. Поэтому в сегодняшней статье я расскажу Вам про принцип работы асинхронного двигателя. После прочтения данного материала Вы узнаете про электромагнитные процессы, протекающие в электродвигателях.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

С устройством асинхронного двигателя мы уже знакомились, поэтому повторяться второй раз не будем. Кому интересно, то переходите по ссылочке и читайте.

При подключении асинхронного двигателя в сеть необходимо его обмотки соединить звездой или треугольником. Если вдруг на выводах в клеммнике отсутствует маркировка, то необходимо самостоятельно определить начала и концы обмоток электродвигателя.

При включении обмоток статора асинхронного двигателя в сеть трехфазного переменного напряжения образуется вращающееся магнитное поле статора, которое имеет частоту вращения n1. Частота его вращения определяется по следующей формуле:

  • f — частота питающей сети, Гц
  • р — число пар полюсов

Это вращающееся магнитное поле статора пронизывает, как обмотку статора, так и обмотку ротора, и индуцирует (наводит) в них ЭДС (Е1 и Е2). В обмотке статора наводится ЭДС самоиндукции (Е1), которая направлена навстречу приложенному напряжению сети и ограничивает величину тока в обмотке статора.

Как Вы уже знаете, обмотка ротора замкнута накоротко, у электродвигателей с короткозамкнутым ротором, или через сопротивление, у электродвигателей с фазным ротором, поэтому под действием ЭДС ротора (Е2) в ней появляется ток. Так вот взаимодействие индуцируемого тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем статора создает электромагнитную силу Fэм.

Направление электромагнитной силы Fэм можно легко найти по правилу левой руки.

Правило левой руки для определения направления электромагнитной силы

На рисунке ниже показан принцип работы асинхронного двигателя. Полюса вращающегося магнитного поля статора в определенный период обозначены N1 и S1. Эти полюса в нашем случае вращаются против часовой стрелки. И в другой момент времени они будут находится в другом пространственном положении. Т.е. мы как бы зафиксировали (остановили) время и видим следующую картину.

Токи в обмотках статора и ротора изображены в виде крестиков и точек. Поясню. Если стоит крестик, то значит ток в этой обмотке направлен от нас. И наоборот, если точка, то ток в этой обмотке направлен к нам. Пунктирными линиями показаны силовые магнитные линии вращающегося магнитного поля статора.

Устанавливаем ладонь руки так, чтобы силовые магнитные линии входили в нашу ладонь. Вытянутые 4 пальца нужно направить вдоль направления тока в обмотке. Отведенный большой палец покажет нам направление электромагнитной силы Fэм для конкретного проводника с током.

На рисунке показаны только две силы Fэм, которые создаются от проводников ротора с током, направленным от нас (крестик) и к нам (точка). И как мы видим, электромагнитные силы Fэм пытаются повернуть ротор в сторону вращения вращающегося магнитного поля статора.

Поясняющий рисунок для определения электромагнитной силы Fэм для проводника с током, который направлен от нас (крестик).

Поясняющий рисунок для определения электромагнитной силы Fэм для проводника с током, который направлен к нам (точка).

Совокупность этих электромагнитных сил от каждого проводника с током создает общий электромагнитный момент М, который приводит во вращение вал электродвигателя с частотой n.

Отсюда и произошло название асинхронный двигатель. Частота вращения ротора n всегда меньше частоты вращающегося магнитного поля статора n1, т.е. отстает от нее. Для определения величины отставания введен термин «скольжение», который определяется по следующей формуле:

Выразим из этой формулы частоту вращения ротора:

Пример расчета частоты вращения двигателя

Например, у меня есть двигатель типа АИР71А4У2 мощностью 0,55 (кВт):

  • число пар полюсов у него равно 4 (2р=4, р=2)
  • частота вращения ротора составляет 1360 (об/мин)

Определим частоту вращения поля статора этого двигателя при частоте питающей сети 50 (Гц):

Найдем величину скольжения для этого двигателя:

Кстати, направление движения вращающегося магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения вала электродвигателя, можно изменить. Для этого необходимо поменять местами любые два вывода источника питающего трехфазного напряжения. Об этом я упоминал Вам в статьях про реверс электродвигателя и чередование фаз.

Читать еще:  Шаговый двигатель холостого хода проверка

Принцип работы асинхронного двигателя. Выводы

Зная принцип работы асинхронного двигателя, можно сделать вывод, что электрическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения вала электродвигателя.

Частота вращения магнитного поля статора, а следовательно и ротора, напрямую зависит от числа пар полюсов и частоты питающей сети. Если число пар полюсов ограничивается типом двигателя (р = 1, 2, 3 и 4), то частоту питающей сети можно изменить в большем диапазоне, например, с помощью частотного преобразователя.

Если в нашем примере частоту питающей сети увеличить всего на 10 (Гц), то частота вращения магнитного поля статора увеличится на 300 (об/мин).

Опыт по установке и монтажу частотных преобразователей у меня есть, но не большой. Несколько лет назад на городском водоканале мы проводили замену двух высоковольтных двигателей насосов холодной воды на низковольтные двигатели с частотными преобразователями. Но это уже отдельная тема для разговора. Сейчас покажу Вам несколько фотографий.

Вот фотография старого высоковольтного двигателя напряжением 6 (кВ).

А это новые двигатели напряжением 400 (В), установленные вместо старых высоковольтных.

Вот шкафы частотных преобразователей. На каждый двигатель свой шкаф. К сожалению, изнутри сфотографировать не успел.

Подписывайтесь на рассылку новостей с моего сайта, чтобы не пропустить самое интересное. В ближайшее время я расскажу Вам про пуск и способы регулирования частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей двигателей, схемы их подключения и многое другое.

Анимация работа асинхронного двигателя

Принцип работы различных механизмов. Гиф анимация.

За работой этих устройств можно наблюдать бесконечно. Машины — роботы выполняют свои задачи точно, аккуратно и беспощадно.
Gif-анимация наглядно отображает принципы работы различных механизмов.

Так работает молния. Она состоит из двух текстильных лент, на которых закреплены идущие в шахматном порядке пластмассовые или металлические звенья в виде раздельных зубцов. Соединение или разъединение половинок выполняется при помощи замка (слайдера, «собачки» или бегунка), скользящего по лентам, при этом каждое звено фиксируется между парой звеньев с противоположной стороны.

Мальтийский механизм — механизм прерывистого движения, преобразующий равномерное вращательное движение в прерывистое вращательное движение. Механизм применяется в часах и пленочных кинопроекторах.

Принцип работы бытового вентилятора.

На одном конце вала, который вращается при помощи электродвигателя, крепятся лопасти вентилятора. На другом конце вала стоит червячная передача, соединенная редуктором с кривошипом, который заставляет вентилятор плавно поворачиваться из стороны в сторону. Такой режим обеспечивает периодическое изменение направления потока воздуха и создаёт обширный сектор прохлады. Если такой изыск не нужен, режим поворота можно отключить с помощью специального переключателя (вал вентилятора отсоединятся от редуктора).

Принцип работы и устройство врезного цилиндрового замка. Как ключ открывает дверь.

При использовании ключа все пины в замке выстраиваются в одну линию, что позволяет беспрепятственно провернуть ротор (открыть замок).

Устройство ручной осколочной гранаты — лимонки.

После удаления предохранительной чеки рычаг рычаг под действием пружины проворачивается и освобождает ударник. Ударник под действием боевой пружины накалывает капсюль-воспламенитель, луч огня от которого передается на замедлитель, а после выгорания замедлителя на заряд детонатора, что приводит к взрыву заряда гранаты.

Как стреляет пистолет.

Нажатый курок наносит удар по ударнику, который разбивает капсюль патрона. В результате этого воспламеняется пороховой заряд. Пуля давлением пороховых газов выбрасывается из канала ствола. Затвор под давлением газов, передающихся через дно гильзы, отходит назад, удерживая выбрасывателем гильзу и сжимая возвратную пружину. Гильза при встрече с отражателем выбрасывается наружу через окно затвора.

Затвор при отходе в крайнее заднее положение поворачивает курок на цапфах назад и ставит его на боевой взвод. Отойдя назад до отказа, затвор под действием возвратной пружины возвращается вперед. При движении вперед затвор досылателем продвигает из магазина очередной патрон и досылает его в патронник. Канал ствола заперт свободным затвором; пистолет снова готов к выстрелу.

Как работает игла швейной машинки. Как образуется строчка.

Механизм иглы сообщает игле, в ушко которой заправлена нитка, возвратно-поступательное или колебательное движение. В результате осуществляется прокол иглой материала, провод через него верхней нитки и создание у ушка иглы петли. Механизм челнока обеспечивает захват петли, её обвод вокруг шпуледержателя. Механизм нитепритягивателя сматывает нитку с катушки, сдёргивает её с челнока и затягивает стежок. Механизм двигателя ткани передвигает материал на длину стежка.

Читать еще:  Двигатель бензогенератора работает рывками

Как работает рядный четырёхцилиндровый двигатель.

Сердце человека это тоже механизм.

Сегодня в магазине мы покупаем всегда заточенные карандаши. Эта анимационная гифка наглядно иллюстрирует, как они затачиваются в промышленных масштабах.

Тест — драйв, ОТК, ГОСТ называйте, как хотите, но именно так проводится проверка на качество маркеров. Кстати, результат проверки можно использовать как обои.

Макароны или паста (по итальянски), типа спиральки, делаются, то есть нарезаются именно так.

Брутальный робот — механизм для изготовления цепей.

Робот упаковывает батарейки.

Крендельки.

Простой механизм для сортировки монет по номиналу.

И, напоследок, не много юмора.
Механизм для изготовления самолетиков из бумаги

Робот — чемпион по сборке Кубика — Рубика

Работа асинхронного двигателя

Рис. 10-19. Работа асинхронного двигателя при cos Ψ2 = 1.

Взаимодействие тока I2 и потока Ф создает электромагнитные силы F, приводящие ротор во вращение, вслед за вращающимся потоком. Таким образом, асинхронный двигатель представляет собой трансформатор с вращающейся, вторичной обмоткой и способный поэтому превращать электрическую мощность Е2I2 cos Ψ2 в механическую.

Ротор всегда отстает от вращающегося магнитного потока, так как только в этом случае может возникать э, д. с. E2, а следовательно, ток I2 и силы F. Чтобы изменить направление вращения ротора, следует изменить направление вращения потока. Для этого меняют местами два любых провода, подводящих ток от сети к статору. В этом случае меняется порядок следования фаз ABC на АСВ или ВАС и поток вращается в обратную сторону.

СКОЛЬЖЕНИЕ РОТОРА

Ротор асинхронного двигателя всегда должен отставать от вращающегося магнитного потока. Скорость вращения потока принято означать п1, она постоянна, так как р = const и f1 = const. Скорость вращения ротора можно обозначить п2. Величина называется скольжение м.

Теоретически скольжение меняется от 1 до 0 или от 100% до 0, так как при неподвижном роторе в первый момент пуска п2 = 0, а если вообразить, что ротор вращается синхронно с потоком, п2 = п1. Чем больше нагрузка на валу, тем больший тормозной момент должен уравновеситься большим вращающим моментом. Последнее возможно только при увеличении I2, а значит, и Е2. Как будет показано ниже, Е2увеличивается при уменьшении n2, т. е. при увеличении s. Таким образом, при увеличении нагрузки на валу скорость ротора п2 уменьшается. Скольжение при номинальной нагрузке Sн у асинхронных двигателей равно от 1 до 6%; меньшая цифра относится к мощным двигателями

ЧАСТОТА Э. Д. С. И ТОКА В ОБМОТКЕ РОТОРА

Магнитный поток вращается со скоростью п1, ротор — со скоростью п2. Частота э. д. с. и тока в роторе, очевидно, пропорциональна скорости вращения потока относительно ротора, т. е. величине п1п2 . Тогда

f2 = (p( п1 ))/60 = pn1s/60 = f1s

При неподвижном роторе f2 = f1 • 1 = f1 если ротор вращается синхронно, то f2 = f1 • 0 = 0. При номинальной скорости вращения, т. е. при sH ≈ 2—4%, частота f2 очень мала: f2 = f1s = 50 • 0,02÷50 • 0,04, т. е. 1—2 гц.

ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ ОБМОТОК СТАТОРА И РОТОРА

Если ротор неподвижен, то в обмотках статора и ротора, как в первичной и вторичной обмотках трансформатора, наводятся э. д. с:

Отличие только в том, что коэффициентами Ʀ1 и Ʀ2 приходится учитывать особенности обмоток, распределенных по цилиндрической поверхности статора и ротора. При вращении ротора его э. д. с. все время меняется, так как f2 = f1s. Тогда э. д. с. вращающегося ротора

Эту э. д. с. принято выражать через э. д. с. неподвижного ротора

Следовательно, э. д. с. ротора сильно меняется в процессе работы двигателя. При s = 1, E2s = Е2, а при s = 0, E 2 s = 0.

СОПРОТИВЛЕНИЯ В ОБМОТКЕ РОТОРА

Как и в трансформаторе, часть потока статора замыкается по путям рассеяния, т. е. вокруг проводов статора, не заходя в ротор (рис. 10-19). Известно, что эти потоки обусловливают реактивное (индуктивное) сопротивление обмотки x1. Такие же потоки рассеяния существуют и вокруг проводов обмотки ротора, когда в ней протекает ток. Ими обусловлено реактивное сопротивление ротора x2.

При неподвижном роторе

При вращающемся роторе

Отсюда следует, что реактивное сопротивление ротора непрерывно и сильно меняется при изменении режима работы двигателя от величины x2s = х2 • 1 = х2 при неподвижном роторе до величины x2s = х2 • 0 = 0, если бы ротор вращался синхронно.

В двигателях нормального исполнения изменением активного сопротивления ротора при изменении частоты от 50 гц до 0 можно пренебречь и считать r2 = const.

Читать еще:  Электрическая схема подключения двигателя 220в с конденсатором

ТОК В ОБМОТКЕ РОТОРА

Из сказанного выше об изменении э. д. с. и реактивного сопротивления обмотки ротора можно заключить, что ток в роторе I2 = E2s/√(r 2 2 + x 2 2s)

тоже меняется при изменении скорости вращения. Пусковой ток I2п должен быть велик и отставать от э. д. с. на большой угол Ψ2, так как Е2 велика, а реактивное сопротивление обмотки х2 обычно в 8—10 раз больше активного r2. При вращении ротора уменьшаются E2s и x2s. Вследствие этого уменьшаются ток I2и угол Ψ 2. Указанное обстоятельство очень важно, так как в этом существенная разница между трансформатором и асинхронным двигателем.

Статья на тему Работа асинхронного двигателя

2.5. Процессы в асинхронной машине

2.5.1. Цепь статора

а) ЭДС статора.

Магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, вращается относительно неподвижного статора с частотой n=60f)/p и будет наводить в обмотке статора ЭДС. Действующее значение ЭДС, наводимой этим полем в одной фазе обмотки статора определяется выражением:

где: k1=0.92÷0.98 – обмоточный коэффициент; f1=f – частота сети; w1 – число витков одной фазы обмотки статора; Φ – результирующее магнитное поле в машине.

б) Уравнение электрического равновесия фазы обмотки статора.

Это уравнение составлено по аналогии с катушкой с сердечником, работающей на переменном токе.

.

Здесь Ú и Ú1 – напряжение сети и напряжение, подведённое к обмотке статора. R1 – активное сопротивление обмотки статора, связанное с потерями на нагрев обмотки. x1 – индуктивное сопротивление обмотки статора, связанное с потоком рассеяния. z1 – полное сопротивление обмотки статора. İ1 – ток в обмотке статора.

При анализе работы асинхронных машин часто принимают I1z1=0. Тогда можно записать:

Из этого выражения следует, что магнитный поток Φ в асинхронной машине не зависит от её режима работы, а при заданной частоте сети f зависит только от действующего значения приложенного напряжения U1. Аналогичное соотношение имеет место и в другой машине переменного тока – в трансформаторе.

2.5.2. Цепь ротора

а) Частота ЭДС и тока ротора.

При неподвижном роторе частота ЭДС f2 равна частоте сети f.

При вращающемся роторе частота ЭДС ротора зависит от частоты вращения магнитного поля относительно вращающегося ротора, которая определяется соотношением:

Тогда частота ЭДС вращающегося ротора:

.

Частота ЭДС ротора изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход.

Пусть при f=50Гц, номинальное скольжение Sн=2%. Тогда при номинальной частоте вращения ротора f2=f×Sн=1Гц.

Таким образом, в обмотке ротора асинхронной машины частота наводимой ЭДС зависит от частоты вращения ротора.

б) ЭДС ротора.

При неподвижном роторе f2=f и действующее значение ЭДС определяется по аналогии с E1.

где: w2 и k2 – соответственно число витков и обмоточный коэффициент обмотки ротора.

Если ротор вращается, то f2=f×Sн и ЭДС вращающегося ротора определяется соотношением:

ЭДС, наводимая в обмотке ротора, изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход.

Отношение ЭДС статора к ЭДС неподвижного ротора называется коэффициентом трансформации асинхронной машины.

в) ток ротора.

Запишем уравнение равновесия для одной фазы короткозамкнутого ротора.

При неподвижном роторе.

,

где: x2=2πfL2 – индуктивное сопротивление обмотки неподвижного ротора, связанное с потоком рассеяния; R2 – активное сопротивление обмотки ротора, связанное с потерями на нагрев обмотки.

При вращающемся роторе.

где: x2S=2πf2L2=2πfL2S=x2S – индуктивное сопротивление обмотки вращающегося ротора.

Для тока ротора в общем случае можно получить такое соотношение:

.

Отсюда следует, что ток ротора зависит от скольжения и возрастает при его увеличении, но медленнее, чем ЭДС.

г) поле ротора

Обмотка ротора, как и обмотка статора, является многофазной и при появлении в ней тока создаёт своё вращающееся магнитное поле. Обозначим через n2 частоту вращения магнитного поля ротора относительно ротора.

Здесь p – число пар полюсов обмотки ротора, оно всегда равно числу пар полюсов обмотки статора.

Относительно статора магнитное поле ротора вращается с частотой

.

Из полученного соотношения следует, что магнитное поле ротора относительно статора вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. Таким образом, магнитные поля ротора и статора относительно друг друга неподвижны. Поэтому при анализе работы асинхронной машины можно применить те же соотношения, что и трансформаторе.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector